WO2018207877A1 - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

直結ギヤと、直結ギヤよりもギヤ比の小さいギヤであるオーバードライブギヤを含む通常ギヤとを有する変速機を備える車両の動作を制御する車両制御装置は、車両が走行中の現走行区間とは道路勾配が異なる走行区間である先走行区間を決定する走行区間決定部と、シフトパターンに則って現走行区間における変速機のギヤ段である現ギヤ段を選択する現ギヤ段選択部と、先走行区間における車両の走行抵抗の推定値に基づいて、先走行区間における変速機のギヤ段である先ギヤ段を選択する先ギヤ段選択部と、現走行区間における変速機のギヤ段がオーバードライブギヤであり、先ギヤ段が直結ギヤであるときは、車両が先走行区間を走行中は、変速機のギヤ段を直結ギヤのまま維持するシフト制御部とを備える。

Description

車両制御装置

　本開示は、車両制御装置に関し、特に車両が搭載している変速機のギヤ段を選択する技術に関する。

　車両の現在位置から目標位置までの走行経路における道路情報に応じて、走行経路における車両の駆動力を推定し、推定された駆動力とあらかじめ記憶された燃費マップとを比較して、走行経路において燃料消費量が最小となるような変速スケジュールを設定する技術が提案されている（特許文献１参照）。

日本国特開平９－２１４５７号公報

　トラックやバス等の大型の車両の中には、オートメイテッドマニュアルトランスミッション（Automated Manual Transmission；以下、「ＡＭＴ」と記載する。）と呼ばれる変速機を搭載するものも存在する。ＡＭＴは、従来のマニュアルトランスミッションにおけるスリーブをアクチュエータで移動することによって、変速機のギヤ段を自動でシフトする変速機である。

　車両の最終的な駆動力は、ＡＭＴでの選択されたギヤ段に依存する。ここで、ＡＭＴは多数のギヤを備えており、各ギヤ段で噛み合わせの抵抗が異なることもある。ギヤ段における噛み合わせの抵抗の相違は、車両が搭載するエンジンにおける燃料消費量に影響する。このため、車両の燃料消費量に基づくギヤ段の選択技術には改善の余地があると考えられる。

　本開示の目的は、オートメイテッドマニュアルトランスミッションを備える車両におけるギヤ段の選択技術を改善可能な車両制御装置を提供することである。

　本開示の車両制御装置は、変速機を備える車両の動作を制御する車両制御装置であって、前記変速機は、インプットシャフトを介して入力されるエンジンの動力をカウンターシャフトを介さずにアウトプットシャフトに伝達する、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトとを直結する直結ギヤと、前記エンジンの動力を前記カウンターシャフトを介して前記アウトプットシャフトに伝達する通常ギヤと、を備え、前記通常ギヤは前記直結ギヤよりもギヤ比の小さいギヤであるオーバードライブギヤを含む。前記車両制御装置は、前記車両が走行中の現走行区間とは道路勾配が異なる走行区間であって、前記車両の進行方向前方にある先走行区間を決定する走行区間決定部と、あらかじめ規定されたシフトパターンに則って前記現走行区間における前記変速機のギヤ段である現ギヤ段を選択する現ギヤ段選択部と、前記先走行区間の道路勾配と前記車両の速度とに基づいて推定された前記先走行区間における前記車両の走行抵抗に基づいて、前記先走行区間における前記変速機のギヤ段である先ギヤ段を選択する先ギヤ段選択部と、前記現走行区間における前記変速機のギヤ段が前記オーバードライブギヤであり、前記先ギヤ段が前記直結ギヤであるときは、前記車両が前記先走行区間を走行中は、前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤのまま維持するシフト制御部と、を備える。

　前記シフト制御部は、前記車両が前記先走行区間に到達したときに前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤにシフトダウンし、前記車両が前記先走行区間を走行中に前記現ギヤ段選択部が前記オーバードライブギヤを選択した場合であっても、前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤのまま維持してもよい。

　前記シフト制御部は、前記先走行区間における道路勾配が所定値以上の上り勾配であることを条件として、前記車両が前記先走行区間に到達したときに前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤにシフトダウンしてもよい。

　本開示の車両制御装置によれば、オートメイテッドマニュアルトランスミッションを備える車両におけるギヤ段の選択技術を改善することができる。

図１は、実施の形態に係る車両の概要を説明するための図である。 図２は、実施の形態に係る車両の内部構成を模式的に示す図である。 図３は、実施の形態に係る車両制御装置の機能構成を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態に係るエンジンの等燃費マップの一例を模式的に示す図である。 図５Ａは、直結ギヤの等燃費マップの一例を模式的に示す図である。 図５Ｂは、通常ギヤの等燃費マップの一例を模式的に示す図である。

＜実施の形態の概要＞
　図１は、実施の形態に係る車両Ｖの概要を説明するための図である。図１を参照して、実施の形態に係る車両Ｖの概要を述べる。実施の形態に係る車両Ｖはディーゼルエンジン等のエンジンを駆動力とし、ＡＭＴを備える大型車両である。

　近年、車両に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の演算装置が、車両が走行抵抗に打ち勝って走行し、かつ車両の燃費が良くなるように変速機のギヤ段を自動で選択することが広く行われている。詳細は後述するが、車両におけるギヤ段の選択は、車両の走行抵抗に打ち勝つトルクを発生できるギヤ段のうち、車両の燃費がよくなるギヤ段を、当該エンジンの等燃費マップを参照して選択する。

　車両の走行中、車両の加速度は、車両の駆動力から車両の走行抵抗を減じた量に比例し、車両の重量に反比例する。したがって、車両に搭載されているＥＣＵは、車両の駆動力、車両の重量、及び車両の加速度から車両の走行抵抗を推定し、その走行抵抗に打ち勝つトルクを発生できるギヤ段を選択する。しかしながら、ＥＣＵが車両の加速度を用いて走行抵抗を推定する場合、ＥＣＵは、現在走行中の位置における車両の走行抵抗を推定することはできるが、現在走行中の位置より先の位置においては走行抵抗を推定することができない。

　ＥＣＵが走行抵抗を推定によって求める場合、その走行抵抗の算出精度は必ずしも高いとはいえない。したがって、精度が必ずしも保証されない走行抵抗に基づいてギヤ段を選択しても、選択したギヤ段が車両の燃費が良くなるギヤ段であることが必ずしも保証されない。そこで、実施の形態に係る車両ＶのＥＣＵは、現在走行中の位置より先の位置の道路の勾配情報を取得することにより、先の位置における走行抵抗を推定する。以下、実施の形態に係る車両Ｖが勾配情報を取得し、先の位置における走行抵抗を推定する方法の概要を説明する。

　実施の形態に係る車両Ｖは、航法衛星から受信した情報に基づいて車両Ｖの現在位置を示す位置情報を取得する衛星航法機能を備えている。また、車両Ｖは、車両Ｖが走行する道路の勾配情報を保持している。なお、車両Ｖは、航法衛星からの受信情報を用いずに、加速度センサ等の出力値に基づいて車両Ｖの現在位置を取得する自律航法機能を備えてもよい。

　車両ＶのＥＣＵは、道路の勾配情報と車両Ｖの位置情報とに基づいて、車両Ｖが近い将来走行することになる道路の勾配情報を先読みする。図１において、車両Ｖは、地点Ａを始点とし地点Ｂを終点とする「現走行区間」を走行している。図１に示す例では、車両Ｖが走行している道路は、地点Ｂを始点とし地点Ｃを終点とする「先走行区間」において一定以上の上り勾配となる。なお、「先走行区間」とは、車両Ｖが現在走行中である現走行区間とは道路の平均勾配が異なる走行区間であって、車両Ｖの進行方向前方にある走行区間である。

　ＥＣＵが先読みした先走行区間の勾配情報は、車両Ｖが保持する勾配情報と車両Ｖの位置情報から定まる。車両Ｖの走行抵抗は勾配抵抗、空気抵抗、及び転がり抵抗が支配的であるが、このうち勾配抵抗を推定できることになる。これにより、ＥＣＵは、先走行区間の走行抵抗を推定することができる。

　ここで、車両Ｖの燃費は、車両Ｖが備えるエンジンの燃料消費率（すなわち、エンジンが所定の駆動力を発生させるために消費する燃料の量）のみならず、エンジン内部の摺動抵抗やエンジンの動力の伝達経路におけるロスにも影響する。ここで、エンジンの動力の伝達経路におけるロスは、例えば変速機が備える各ギヤの伝達効率に起因するロスである。

　このため、実施の形態に係る車両Ｖは、先走行区間におけるギヤを選択する際に、変速機が備える各ギヤの伝達効率を考慮した等燃費マップを参照する。これにより、実施の形態に係る車両Ｖは、先走行区間において高燃費となるギヤ段をより精度よく選択することができる。

　車両Ｖが高速道路等の自動車専用道路を走行している場合、車両Ｖは、先読みによって選択したギヤ段へのシフトの有無を、車両Ｖが置かれた種々の走行環境に応じて変更する。これにより、車両Ｖの変速によって運転者へ与えうる違和感を軽減できる。

＜実施の形態に係る車両Ｖの構成＞
　図２を参照しながら、実施の形態に係る車両Ｖの内部構成について説明する。
　図２は、実施の形態に係る車両Ｖの内部構成を模式的に示す図である。実施の形態に係る車両Ｖは、エンジン１、変速機２、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ３、重量センサ４、速度センサ５、アクセル開度センサ６、及びＥＣＵとしての車両制御装置１０を備える。

　車両Ｖは、ディーゼルエンジン等のエンジン１を駆動力とする大型車両であり、特にオートクルーズモードを搭載する車両である。変速機２は、エンジン１の回転駆動力を車両Ｖの駆動輪（不図示）に伝達するためのＡＭＴである。変速機２は、エンジン１の回転駆動力を変換するための複数段のギヤを含む。

　ここで、車両Ｖにおける「オートクルーズモード」とは、運転者がアクセルやシフトレバーを操作しなくても、あらかじめ設定された車両Ｖの速度を維持するようにエンジン１及び変速機２等がＥＣＵによって自動で制御されるモードをいう。オートクルーズモードは、車両Ｖが高速道路を走行する際に使用されることが主に想定されている。

　ＧＰＳセンサ３は、複数の航法衛星から送信された電波を受信して解析することにより、ＧＰＳセンサ３の位置、すなわちＧＰＳセンサ３を搭載する車両Ｖの位置を取得する。ＧＰＳセンサ３は、車両Ｖの位置を示す情報を車両制御装置１０に出力する。

　重量センサ４は、車両Ｖの総重量を取得する。具体的には、重量センサ４は車両Ｖの積荷の重量を計測し、積荷を除いた車両Ｖ単体の重量と合算することで車両Ｖの総重量を取得する。重量センサ４は、車両Ｖの総重量を示す情報を車両制御装置１０に出力する。

　速度センサ５は、車両Ｖの速度を計測する。速度センサ５は、計測された速度を示す情報を車両制御装置１０に出力する。アクセル開度センサ６は、車両Ｖの運転者によるアクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度を計測する。アクセル開度センサ６は、アクセル開度を示す情報を車両制御装置１０に出力する。

　車両制御装置１０は、上述の各センサから情報を取得し、取得した情報に基づいてエンジン１内のシリンダに供給する燃料の量、及び変速機２のギヤ段を制御する。車両制御装置１０は、車両Ｖがオートクルーズモードの場合には、車両Ｖが設定された速度を保って走行するように、エンジン１及び変速機２を制御する。また、車両制御装置１０は、車両Ｖの図示しない速度制限装置（Speed Limit Device：ＳＬＤ）が稼働している場合には、車両Ｖの速度が設定された上限速度を超えないように、エンジン１及び変速機２を制御する。

　図３は、実施の形態に係る車両制御装置１０の機能構成を模式的に示す図である。実施の形態に係る車両制御装置１０は、記憶部１１と、制御部１２とを備える。

　記憶部１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）である。記憶部１１は、制御部１２を機能させるための各種のプログラムを記憶する。また、記憶部１１は、地図情報を記憶してもよく、道路の道路勾配を示す情報を記憶してもよい。

　制御部１２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等の計算リソースである。制御部１２は、記憶部１１に記憶されているプログラムを実行することによって、現ギヤ段選択部１３、道路勾配取得部１４、走行区間決定部１５、先ギヤ段選択部１６、及びシフト制御部１７の機能を実現する。

　現ギヤ段選択部１３は、車両Ｖが走行中の道路における車両Ｖの走行抵抗の推定値に基づいて、車両Ｖが走行中の区間における変速機２のギヤ段である現ギヤ段を選択する。現ギヤ段選択部１３による現ギヤ段選択の詳細は後述する。

　道路勾配取得部１４は、ＧＰＳセンサ３から取得した車両Ｖの位置を示す情報と、記憶部１１に格納されている地図情報とに基づいて、車両Ｖが走行中の道路における道路勾配を取得する。

　走行区間決定部１５は、道路勾配取得部１４が取得した道路勾配に基づいて、車両Ｖが現在走行中の現走行区間とは道路の平均勾配が所定値以上異なる走行区間であって、車両Ｖの進行方向前方にある先走行区間を決定する。

　先ギヤ段選択部１６は、先走行区間の道路勾配と車両Ｖの速度とに基づいて、先走行区間における変速機２のギヤ段である先ギヤ段を選択する。以下、先ギヤ段選択部１６による先ギヤ段選択の詳細について、現ギヤ段選択部１３による現ギヤ段選択とともに説明する。

　なお、車両Ｖが将来走行することになる道路の勾配情報を取得するためには、道路勾配取得部１４は、車両Ｖが将来走行することになる場所を推定しなければならない。道路勾配取得部１４が道路勾配を取得できないと、走行区間決定部１５による先走行区間の決定も困難となる。

　車両Ｖが高速道路等の自動車専用道路を走行する場合、道路勾配取得部１４は車両Ｖが将来走行することになる場所の推定が比較的容易である。一方、車両Ｖが一般道や市街地等のように分岐を多く含む道路を走行する場合には、道路勾配取得部１４は車両Ｖが将来走行することになる場所の推定が難しくなる。

　以上より、車両Ｖが一般道や市街地等を走行中は、車両Ｖは現ギヤ段選択部１３によるギヤ選択にしたがって走行する。また、車両Ｖが高速道路等の自動車専用道路を走行する場合、まずシフト制御部１７が、車両Ｖは現ギヤ段選択部１３によるギヤの選択結果と先ギヤ段選択部１６によるギヤの選択結果を取得する。シフト制御部１７は、ギヤの選択結果と先ギヤ段選択部１６によるギヤの選択結果に基づいて、変速機２のギヤ段のシフトを制御する。

　以下では、まず変速機２について説明し、次いでギヤ段と燃費との関係について説明する。その後、シフト制御部１７による変速制御について説明する。

［実施の形態に係る変速機２］
　実施の形態に係る車両Ｖが備える変速機２はＡＭＴであり、従来のマニュアルトランスミッションにおけるスリーブをアクチュエータで移動することによって、変速機２のギヤ段の自動変速を実現する変速機である。このため、実施の形態に係る変速機２の基本構造は、従来のマニュアルトランスミッションと同様の構造である。実施の形態に係る変速機２は、スプリッタ及びレンジと呼ばれる二つの副変速機構と、スプリッタとレンジとの間に備えられる一つの主変速機構とから構成される。

　スプリッタは、車両Ｖのエンジンの動力が入力されるインプットシャフトと、カウンターシャフトとの間の変速比を変更する。主変速機構は、主にカウンターシャフトとアウトプットシャフトとの間の変速比を変更する。レンジはアウトプットシャフトの回転駆動をプロペラシャフトに伝える駆動伝達経路上に設けられており、アウトプットシャフトとプロペラシャフトとの間の変速比を変更する。なお、主変速機構には、インプットシャフトとアウトプットシャフトとを直結する「直結ギヤ」が存在する。

　実施の形態に係る車両Ｖが備える変速機２において、スプリッタ、主変速機構、及びレンジのギヤ段は、一例としてそれぞれ２段、３段、及び２段である。すなわち、実施の形態に係る車両Ｖが備える変速機２は、１２段変速（２段×３段×２段＝１２段）の変速機である。車両Ｖが勾配の少ない高速道路で巡行する際には、変速機２のギヤは１２段（オーバードライブギヤ）又は１１段（直結ギヤ）が選択されると、車両Ｖの燃費向上に資することが多い。

　直結ギヤは、インプットシャフトとアウトプットシャフトとを直結するギヤである。エンジンの動力がカウンターシャフトを介さずに直接アウトプットシャフトに伝達されるため、カウンターシャフトを介する他のギヤ段と比べて伝達効率が高い。なお、変速機２のギヤ段が５段のときも主変速機構は直結ギヤとなるが、この場合レンジのギヤ比が直結（ギヤ比１）となってはおらず、伝達効率は低下する。以下本明細書において、変速機２のギヤ段が「オーバードライブギヤ」は変速機２の最高段のギヤを意味し、「直結ギヤ」は変速機２の最高段よりも一段低い段のギヤを意味することとする。

［ギヤ段と燃費との関係］
　図４は、実施の形態に係るエンジン１の等燃費マップの一例を模式的に示す図である。以下、図４を参照しながら、変速機２におけるギヤ選択について説明する。

　図４に示す等燃費マップにおいて、縦軸はエンジン１が備えるシリンダの正味平均有効圧力Ｐｍｅであり、横軸はエンジン１の回転数Ｎである。正味平均有効圧力Ｐｍｅに対して、エンジン１の排気量等から定まる所定の値を乗じると、エンジン１のトルクＴとなる。すなわち、正味平均有効圧力Ｐｍｅは、エンジン１が発生するトルクＴと比例関係にある。この比例係数をαとすると、Ｔ＝αＰｍｅとなる。

　図４に示す等燃費マップにおいて、符号Ｐｍａｘで示す曲線は、エンジン１の最大燃焼圧力を示す最大燃焼圧力曲線Ｐｍａｘである。エンジン１は、図４に示す等燃費マップにおいて、最大燃焼圧力曲線Ｐｍａｘを超えるトルクを発生させることはできない。

　図４に示す等燃費マップにおいて、ハッチングで示す領域は、エンジン１の燃料消費率（Specific Fuel Consumption；ＳＦＣ）を示す。ＳＦＣは、エンジン１の単位仕事当たりの燃料消費量を示す。ＳＦＣの値が小さいほど、エンジン１はより少ない燃料で同じ仕事をすることができる。

　図４に示す等燃費マップは、燃料消費率が異なる領域がハッチングンを用いて識別されている。図４において、符号Ｈ１で示すハッチングＨ１が付された領域が最も燃費消費率のよい（すなわち、燃費消費量が少ない）領域であり、以後、ハッチングＨ２、ハッチングＨ３、ハッチングＨ４、及びハッチングＨ５の順に燃費消費率が悪くなる。なお、図４では、ハッチングＨ５が付された領域よりも燃費消費率の悪い領域の図示は省略している。以下、ハッチングＨ１が付された領域を、単に領域Ｈ１と記載する。他の領域も同様である。

　車両Ｖが走行抵抗に打ち勝って定速度Ｖｃで走行するには、車両Ｖが発生するトルクＴによって生じる力Ｆが車両Ｖの走行抵抗に拮抗しなければならない。この場合、車両Ｖのエンジン１は、走行抵抗馬力Ｐｖ＝Ｆ・Ｖｃを出力する必要がある。図４に示す等燃費マップにおいて、符号Ｌｐで示す曲線は、走行抵抗馬力Ｐｖ＝Ｆ・Ｖｃに対応する等馬力曲線Ｌｐである。

　回転数Ｎで回転しているエンジン１がトルクＴを発生しているとき、エンジン１が出力する馬力Ｐは、Ｐ＝ＴＮ＝αＰｍｅＮとなる。このため、正味平均有効圧力Ｐｍｅは、エンジン１の回転数Ｎに反比例する。ここで、エンジン１の回転数Ｎは変速機２が選択しているギヤ段のギヤ比によって定まる。したがって、エンジン１は等燃費マップにおいて等馬力曲線Ｌｐ上の任意の回転数となることはできず、速度Ｖｃと変速機２のギヤ比とによって定まる離散的な回転数に規制される。

　図４において、符号Ｇ１２で示す白丸Ｇ１２は、変速機２のギヤ段が１２段（すなわちオーバードライブギヤ）の場合におけるエンジン１の状態を示している。同様に、符号Ｇ１１、符号Ｇ１０、及び符号Ｇ９で示す白丸は、それぞれギヤ段が１１段（すなわち直結ギヤ）、１０段、及び９段の場合におけるエンジン１の状態を示している。変速機２のギヤ段が１２段と１１段との場合では、両者とも領域Ｈ２に含まれるが、１２段の場合の方がより領域Ｈ１に近く、燃費効率が良い。

　このように、車両Ｖの速度Ｖｃと車両Ｖの走行抵抗馬力Ｐｖとが定まれば、現ギヤ段選択部１３及び先ギヤ段選択部１６は、等燃費マップを参照することによって燃費効率のよいギヤ段を定めることができる。

［現ギヤ段選択部１３によるギヤ段選択］
　現ギヤ段選択部１３は、車両Ｖが走行中の道路における車両Ｖの走行抵抗の推定値Ｐｖを推定し、車両Ｖの速度と走行抵抗の推定値Ｐｖとを用いて等燃費マップを参照することにより、変速機２のギヤ段を選択する。

　上述したように、車両Ｖの走行中、車両Ｖの加速度は、車両Ｖの駆動力から車両の走行抵抗を減じた量に比例し、車両Ｖの重量に反比例する。現ギヤ段選択部１３は、エンジン１に噴射している燃料の噴射量等から、エンジン１が発生している正味平均有効圧力Ｐｍｅを推定する。現ギヤ段選択部１３は、正味平均有効圧力Ｐｍｅからエンジン１が発生するトルクＴを取得する。現ギヤ段選択部１３は、トルクＴ、変速機２が選択しているギヤ段のギヤ比、最終減速比、及び駆動輪の直径から、車両Ｖの駆動力を取得する。現ギヤ段選択部１３は、車両Ｖの駆動力、車両Ｖの重量、及び車両Ｖの加速度から車両Ｖの走行抵抗を推定し、等燃費マップを参照してギヤ段を選択する。

［先ギヤ段選択部１６によるギヤ段選択］
　先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖの走行抵抗を計算によって算出する点で現ギヤ段選択部１３と相違する。ここで、車両Ｖの走行抵抗は、車両Ｖが備える駆動輪の転がり抵抗と、車両Ｖの空気抵抗と、車両Ｖが走行する道路の勾配抵抗との総和が支配的である。車両Ｖの空気抵抗は車両Ｖの速度の二乗に比例する。また、道路の勾配抵抗は、車両が走行する道路の勾配と車両Ｖの重量とに依存する。駆動輪の転がり抵抗と、車両Ｖの空気抵抗を算出するための比例係数は、あらかじめ車両Ｖの製造者によって記憶部１１に格納されている。

　先ギヤ段選択部１６は、記憶部１１が保持している地図情報を参照して、走行区間決定部１５が決定した先走行区間における勾配情報を取得する。また、先ギヤ段選択部１６は、重量センサ４及び速度センサ５からそれぞれ車両Ｖの重量及び車両Ｖの速度を取得する。これにより、先ギヤ段選択部１６は、先走行区間における車両Ｖの勾配抵抗を算出する。

　先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖの速度の二乗に比例係数を乗じて車両Ｖの空気抵抗を取得する。先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖの勾配抵抗、車両Ｖの空気抵抗、及び記憶部１１から読み出して転がり抵抗を加算して、車両Ｖの走行抵抗を算出する。先ギヤ段選択部１６は、現ギヤ段選択部１３と同様に、算出した走行抵抗と等燃費マップとから、先走行区間におけるギヤ段を選択する。

　ここで、先ギヤ段選択部１６は、変速機２のギヤ段が直結ギヤの場合と、変速機２のギヤ段が通常ギヤの場合とで、異なる等燃費マップを参照して先ギヤ段を選択する。

　図５Ａ及び図５Ｂは、通常ギヤの等燃費マップと直結ギヤの等燃費マップとの相違を説明するための図である。具体的には、図５Ａは直結ギヤの等燃費マップの一例を模式的に示す図であり、図５Ｂは通常ギヤの等燃費マップの一例を模式的に示す図である。図５Ｂに示す等燃費マップは、図４に示す等燃費マップと同一である。すなわち、図５Ｂに示す通常ギヤの等燃費マップにおける白丸Ｇ１２は、変速機２のギヤ段が１２段であるオーバードライブギヤの場合におけるエンジン１の状態を示す。

　上述したように、変速機２のギヤ段が直結ギヤの場合、変速機２のギヤ段が通常ギヤの場合と比べて変速機２全体としてのギヤの伝達効率が高くなる。このため、変速機２のギヤ段が直結ギヤの場合、変速機２のギヤ段が通常ギヤの場合と比べてエンジン１の出力が車両Ｖの駆動輪に伝達するまでの間に発生する伝達ロスが少なくなる。結果として、変速機２のギヤ段が直結ギヤの場合、変速機２のギヤ段が通常ギヤの場合と比べてエンジン１の燃料消費率が改善する。

　図５Ａに示す直結ギヤの等燃費マップと図５Ｂに示す通常ギヤの等燃費マップとを比較すると、直結ギヤの等燃費マップは、最大燃焼圧力曲線Ｐｍａｘ以下の領域における領域Ｈ１が広い。このため、通常ギヤの等燃費マップにおいては領域Ｈ２である部分も、直結ギヤの等燃費マップにおいては領域Ｈ１となっている。

　図５Ａに示す等馬力曲線Ｌｐは、図５Ｂに示す等馬力曲線Ｌｐと同一である。図５Ａに示すように、等馬力曲線Ｌｐにおいて直結ギヤ（１１段）におけるエンジン１の状態は領域Ｈ１に含まれている。これは、エンジン１が等馬力曲線Ｌｐに対応する仕事をするためには、変速機２がオーバードライブギヤといった通常ギヤにするよりも、直結ギヤとする方が、車両Ｖの燃費が向上することを意味する。

　このように、先ギヤ段選択部１６は、変速機２のギヤ段の伝達効率の相違を反映させた等燃費マップを参照してギヤ段を選択することにより、車両Ｖの燃費を向上させるギヤ段をより精度よく選択することができる。

［シフト制御部１７による変速制御］
　現ギヤ段選択部１３は、車両Ｖが走行中であれば車両Ｖの走行抵抗の変化に応じて変速機２の最適なギヤ段を常に選択する。車両Ｖが高速道路等の自動車専用道路を走行している場合、先ギヤ段選択部１６は、走行区間決定部１５が決定した先走行区間における最適なギヤ段を、車両Ｖが現走行区間を走行中に先読みする。

　したがって、車両Ｖが高速道路等の自動車専用道路を走行している場合、車両Ｖが現走行区間と先走行区間との境界に到達すると、現ギヤ段と先ギヤ段との競合が生じる場合もある。また、直結ギヤのギヤ比はオーバードライブギヤのギヤ比よりも高いので、車両Ｖの速度が同じであってもエンジン１のエンジン回転数は直結ギヤの方が高い。このため、例えば燃費向上の観点からオーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウンすると、車両Ｖの運転者はエンジン１が突然吹き上がったかの印象を受けかねない。

　そこで、シフト制御部１７は、車両Ｖが現走行区間と先走行区間との境界に到達したときに先ギヤ段へシフトするか否かを、車両Ｖが置かれた種々の走行環境に応じて変更する。以下、車両Ｖが置かれた種々の走行環境に応じて実行される、シフト制御部１７による変速機２の変速制御について説明する。

（第１の変速制御）
　現走行区間における変速機２のギヤ段がオーバードライブギヤであり、かつ先ギヤ段選択部１６が選択した先ギヤ段が直結ギヤであるとする。シフト制御部１７は、先走行区間における車両Ｖの推定走行時間が所定時間より長いことを条件として、車両Ｖが先走行区間に到達したときに変速機２のギヤ段をオーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウンする。

　ここで「所定時間」とは、シフト制御部１７が現走行区間と先走行区間との境界において変速機２のギヤ段をオーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウンするか否かを判定するために参照する「シフトダウン判定基準閾時間」である。シフトダウン判定基準閾時間の具体的な値は、車両Ｖが走行することが想定される道路の勾配情報や、車両Ｖが備えるエンジン１の性能等を勘案して実験により定めればよいが、例えば１分である。これは、時速８０キロメートルで走行している車両Ｖが、およそ１．３キロメートル走行する時間である。

　シフト制御部１７は、オーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウン後に車両Ｖが走行する走行区間が所定時間より短い場合、すなわち車両Ｖの推定走行時間が短い場合にシフトダウンを抑制する。これにより、シフト制御部１７は、短時間で変速が繰り返されることによるシフトビジー感を車両Ｖの運転者が感じることを抑制できる。

　上述したように、先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖの重量、車両Ｖの速度、車両Ｖの転がり抵抗等に基づいて車両Ｖの走行抵抗を算出し、先ギヤ段を選択する。ここで、車両Ｖの重量、車両Ｖの速度、車両Ｖの転がり抵抗等の測定誤差の大きさによっては、エンジン１が低負荷の場合（例えば、車両Ｖが平坦な道路を走行中の場合）であっても、先ギヤ段選択部１６は直結ギヤを最良ギヤとして選択することも起こり得る。

　先行区間が平坦な道路を走行中の場合に、走行抵抗の誤算出によって先ギヤ段選択部１６が直結ギヤを先ギヤ段として選択すると、走行区間の境界で不用なシフトダウンが実行されることになる。直結ギヤのギヤ比はオーバードライブギヤのギヤ比よりも大きいため、変速機２のギヤ段がオーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウンすると、エンジン１の回転数が上昇する。エンジン１の回転数の上昇は騒音となり得るため、運転者のドライビングフィールを損ないかねない。

　そこで、シフト制御部１７は、車両Ｖが先走行区間に到達したときに変速機２のギヤ段をオーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウンするための条件として、先走行区間における道路勾配が所定値以上の上り勾配であることを加えてもよい。

　ここで「所定値以上の上り勾配」とは、シフト制御部１７が現走行区間と先走行区間との境界において変速機２のギヤ段をオーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウンするか否かを判定するために参照する「シフトダウン判定基準閾勾配」である。シフトダウン判定閾時間の具体的な値は、車両Ｖが走行することが想定される道路の勾配情報や、車両Ｖが備えるエンジン１の性能等を勘案して実験により定めればよいが、例えば１％である。これにより、変速機２の不要なシフトダウンにより、車両Ｖの運転者が違和感を受けることを抑制できる。

（第２の変速制御）
　現走行区間における変速機２のギヤ段が直結ギヤであり、かつ先ギヤ段選択部１６が選択した先ギヤ段も直結ギヤであるとする。この場合において、車両Ｖが現走行区間を走行中に、現ギヤ段選択部１３が新たにオーバードライブギヤへのシフトアップを選択した場合を考える。シフト制御部１７は、車両Ｖが先走行区間に到達するまでの状況に基づいて、車両Ｖが先走行区間に到達する前に変速機２をシフトアップするか否かを選択する。

　より具体的には、シフト制御部１７は、車両Ｖが先走行区間に到達するまでの推定時間が所定の時間以内のときは、現ギヤ段選択部１３が新たにオーバードライブギヤへのシフトアップを選択した場合であっても、シフトアップせずに変速機２のギヤ段を直結ギヤのまま維持する。

　ここで「所定の時間」とは、シフト制御部１７が現走行区間において変速機２のギヤ段を直結ギヤからオーバードライブギヤにシフトアップするか否かを判定するために参照する「シフトアップ判定基準閾時間」である。シフトアップ判定基準閾時間の具体的な値は、車両Ｖが走行することが想定される道路の勾配情報や、車両Ｖが備えるエンジン１の性能等を勘案して実験により定めればよいが、例えばシフトダウン判定基準閾時間と同じ１分である。シフトアップ判定基準閾時間は記憶部１１に格納されている。

　シフト制御部１７は、オーバードライブギヤから直結ギヤにシフトダウン後に車両Ｖが走行する走行区間が短い場合、すなわち車両Ｖの推定走行時間が短い場合にシフトアップを抑制する。これにより、シフト制御部１７は、短時間で変速が繰り返されることによるシフトビジー感を車両Ｖの運転者が感じることを抑制できる。

　シフト制御部１７は、時間の条件に替えて、あるいはそれに加えて、距離の条件に基づいてシフトアップするか否かを判定してもよい。具体的には、シフト制御部１７は、車両Ｖが先走行区間に到達するまでの走行距離が所定の距離以内のときは、現ギヤ段選択部１３が新たにオーバードライブギヤへのシフトアップを選択した場合であっても変速機２のギヤ段を直結ギヤのまま維持してもよい。

　ここで、「所定の距離」とは、シフト制御部１７が現走行区間において変速機２のギヤ段を直結ギヤからオーバードライブギヤにシフトアップするか否かを判定するために参照する「シフトアップ判定基準閾距離」である。シフトアップ判定基準閾距離の具体的な値は、車両Ｖが走行することが想定される道路の勾配情報や、車両Ｖが備えるエンジン１の性能等を勘案して実験により定めればよいが、例えば１．５キロメートルである。これは、時速９０キロメートルで走行している車両Ｖが、１分間で走行する距離である。これにより、シフト制御部１７は、短時間で変速が繰り返されることによるシフトビジー感を車両Ｖの運転者が感じることを抑制できる。なお、シフトアップ判定基準閾距離は記憶部１１に格納されている。

（第３の変速制御）
　実施の形態に係る車両Ｖは、車両Ｖの運転者がアクセルやシフトレバーを操作しなくても、あらかじめ設定された車両Ｖの速度を維持するようにエンジン１及び変速機２等が自動で制御されるオートクルーズモードを搭載している。また、車両Ｖの速度制限装置は、車両Ｖの速度が設定された上限速度を超えないで上限速度で走行するように、エンジン１及び変速機２を制御する。このように、車両Ｖは、所定の設定速度で自動走行するモードを備えている。

　実施の形態に係る先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖが設定速度で走行していることを仮定して、車両Ｖの走行抵抗を推定する。また、先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖが設定速度で走行していることを仮定して算出したエンジン１の回転数Ｎに基づいて等燃費マップを参照する。ここで、車両Ｖの速度は、必ずしも常に設定速度と等しいとは限らない。例えば、車両Ｖの運転者が追い抜きのために車両Ｖを一時的に加速することもあるし、急勾配の影響で車両Ｖが減速している場合もある。このため、先ギヤ段選択部１６が先ギヤ段を選択する際に車両Ｖの速度に置く仮定と、車両Ｖの実際の速度とがずれる場合には、先ギヤ段が先走行区間における最適ギヤ段から外れることも起こり得る。

　そこで、シフト制御部１７は、所定の設定速度と車両Ｖの速度との差が所定の範囲内であることを条件として、車両Ｖが先走行区間に到達したときに変速機２のギヤ段を先ギヤ段選択部１６が選択したギヤ段に変更する。

　ここで「所定の範囲」とは、シフト制御部１７が現走行区間と先走行区間との境界において変速機２のギヤ段を先ギヤ段選択部１６が選択したギヤ段に変更するか否かを判定するために参照する「変速判定基準範囲」である。変速判定基準範囲の具体的な値は、車両Ｖが走行することが想定される道路の勾配情報や、車両Ｖが備えるエンジン１の性能等を勘案して実験により定めればよいが、例えば時速５キロメートルである。すなわち、設定速度となる時速から車両Ｖの時速を減じた値が±５の収まることを条件として、シフト制御部１７は先ギヤ段選択部１６が選択したギヤ段に変更する。変速判定基準範囲は、記憶部１１に格納されている。

　シフト制御部１７は、車両Ｖに設定されたオートクルーズ速度を設定速度として採用してもよいし、車両Ｖにあらかじめ設定されたスピードリミッター速度（速度制限装置が作動する速度）を設定速度として採用してもよい。いずれの場合にしても、車両Ｖが自動走行するモードのときに車両Ｖがとるべき速度として期待されている速度である。シフト制御部１７が、先ギヤ段への変速を設定速度と車両Ｖの速度との差が所定の範囲内であることを条件とすることにより、先ギヤ段の有効性を高めることができる。

（第４の変速制御）
　上述したように、現ギヤ段選択部１３は、車両Ｖの駆動力、車両Ｖの重量、及び車両Ｖの加速度から車両Ｖの走行抵抗を推定し、等燃費マップを参照してギヤ段を選択する。現ギヤ段選択部１３は、車両Ｖが走行中にリアルタイムで走行抵抗を推定することもできるが、車両Ｖの速度と変速機２のギヤ段との関係をあらかじめパターン化したシフトパターンを記憶部１１から読み出して参照することにより、現ギヤ段を選択してもよい。以下では、現ギヤ段選択部１３が、あらかじめ定められ記憶部１１に格納されたシフトパターンに則って、現走行区間における変速機２のギヤ段である現ギヤ段を選択することを前提として説明する。

　記憶部１１が格納しているシフトパターンは汎用的な等燃費マップを前提としておらず、等燃費マップは参照されない。

　いま、現走行区間における変速機２のギヤ段がオーバードライブギヤであり、先ギヤ段が直結ギヤであるとする。車両Ｖが現走行区間の走行を終え、先走行区間の走行に入った場合、すなわち、シフト制御部１７が先走行区間として先ギヤを選択した走行区間が「現走行区間」となった場合、現ギヤ段選択部１３が選択した現ギヤ段と、シフト制御部１７があらかじめ選択しておいた先ギヤ段とに齟齬が生じやすい。汎用シフトマップは等燃費マップを考慮していないからである。

　そこで、シフト制御部１７は、現走行区間における変速機２のギヤ段がオーバードライブギヤであり、先ギヤ段が直結ギヤであるときは、車両Ｖが先走行区間を走行中は、変速機２のギヤ段を直結ギヤのまま維持する。シフト制御部１７は、車両Ｖが先走行区間に到達したときに変速機２のギヤ段を直結ギヤにシフトダウンし、車両Ｖが先ギヤ段選択部１６による先ギヤ選択時における先走行区間（すなわち、現走行区間）を走行中に現ギヤ段選択部１３がオーバードライブギヤを選択したとしても、変速機２のギヤ段を直結ギヤのまま維持する。これにより、変速機２のギヤ段が現ギヤ段とあらかじめ選択された先ギヤ段とを交互に選択される、いわゆるシフトハンチングが発生することを抑制できる。

　なお、シフト制御部１７は、上述した第１の変速制御から第4の変速制御までの４つの変速制御を任意に組み合わせて実行することができる。組み合わせによって生じた新たな変速制御は、もととなる変速制御の効果を合わせ持つ。

＜車両制御装置１０の効果＞
　以上説明したように、実施の形態に係る車両制御装置１０によれば、ＡＭＴを備える車両Ｖにおける燃料消費量の推定精度及びギヤ段の選択技術を改善することができる。特に、実施の形態に係る先ギヤ段選択部１６は、変速機２のギヤ段が直結ギヤの場合と、変速機２のギヤ段が通常ギヤの場合とで、ギヤの伝達効率の相違を考慮した異なる等燃費マップを参照して先ギヤ段を選択する。これにより、先ギヤ段選択部１６は、車両Ｖにおける燃料消費量の推定精度を向上することができる。

　また、車両Ｖが高速道路等の自動車専用道路を走行している場合、シフト制御部１７は、先ギヤ段選択部１６が選択した先ギヤ段へシフトするか否かを、車両Ｖが置かれた種々の走行環境に応じて変更する。これにより、車両Ｖの変速によって運転者へ与えうる違和感を軽減できる。

　以上、本開示を実施の形態を用いて説明したが、本開示の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本開示の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

　本出願は、2017年5月12日付で出願された日本国特許出願（特願2017-095974）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　本開示の車両制御装置は、オートメイテッドマニュアルトランスミッションを備える車両におけるギヤ段の選択技術の改善という点において有用である。

１　エンジン
２　変速機
３　ＧＰＳセンサ
４　重量センサ
５　速度センサ
６　アクセル開度センサ
１０　車両制御装置
１１　記憶部
１２　制御部
１３　現ギヤ段選択部
１４　道路勾配取得部
１５　走行区間決定部
１６　先ギヤ段選択部
１７　シフト制御部
Ｖ　車両

Claims (3)

1. 　変速機を備える車両の動作を制御する車両制御装置であって、
   　前記変速機は、
   　インプットシャフトを介して入力されるエンジンの動力をカウンターシャフトを介さずにアウトプットシャフトに伝達する、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトとを直結する直結ギヤと、
   　前記エンジンの動力を前記カウンターシャフトを介して前記アウトプットシャフトに伝達する通常ギヤと、を備え、前記通常ギヤは前記直結ギヤよりもギヤ比の小さいギヤであるオーバードライブギヤを含み、
   　前記車両制御装置は、
   　前記車両が走行中の現走行区間とは道路勾配が異なる走行区間であって、前記車両の進行方向前方にある先走行区間を決定する走行区間決定部と、
   　あらかじめ規定されたシフトパターンに則って前記現走行区間における前記変速機のギヤ段である現ギヤ段を選択する現ギヤ段選択部と、
   　前記先走行区間の道路勾配と前記車両の速度とに基づいて推定された前記先走行区間における前記車両の走行抵抗に基づいて、前記先走行区間における前記変速機のギヤ段である先ギヤ段を選択する先ギヤ段選択部と、
   　前記現走行区間における前記変速機のギヤ段が前記オーバードライブギヤであり、前記先ギヤ段が前記直結ギヤであるときは、前記車両が前記先走行区間を走行中は、前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤのまま維持するシフト制御部と、
   　を備える車両制御装置。
2. 　前記シフト制御部は、前記車両が前記先走行区間に到達したときに前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤにシフトダウンし、前記車両が前記先走行区間を走行中に前記現ギヤ段選択部が前記オーバードライブギヤを選択した場合であっても、前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤのまま維持する、
   　請求項１に記載の車両制御装置。
3. 　前記シフト制御部は、前記先走行区間における道路勾配が所定値以上の上り勾配であることを条件として、前記車両が前記先走行区間に到達したときに前記変速機のギヤ段を前記直結ギヤにシフトダウンする、
   　請求項１又は２に記載の車両制御装置。

Images